【重量级发表】首篇类器官药敏检测在精准医学和药物研发中的应用英文专家共识出炉！

2024-06-12

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深度聚焦类器官应用与3D细胞培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769，点击↑图片领取免费票。上下滑动查看议程： 2024年5月27日，首篇类器官药敏检测英文专家共识《Building consensus on the application of organoid-based drug sensitivity testing in cancer precision medicine and drug development（类器官药物敏感性检测在精准医学和药物研发中的应用专家共识）》正式发表于《Theranostics》杂志（中科院Q1，IF：12.4），填补了类器官药敏检测领域缺乏英文专家共识的空白，开创了中国学者在全球类器官研究中发声、领跑的先河。上海万何圆生物科技有限公司全程参与本专家共识的制定。上海万何圆生物科技有限公司旗下微信公众号【万象类器官】，获得《Theranostics》杂志独家官方授权，公布此专家共识的中文翻译全文。类器官药物敏感性检测在精准医学和药物研发中的应用专家共识摘要患者来源类器官（Patient-derived organoids, PDOs），已成为临床和转化研究中一个非常有价值的模型。临床结果与使用PDOs预测化疗和/或放疗疗效之间存在着很强的相关性。为了规范基于PDOs的药物敏感性检测（Drug sensitivity testing, DST）在肿瘤精准医疗领域的阐述，并加强科学交流，我们重新审视了该概念，对其进行阐明和界定，提出该专家共识，旨在预测患者的临床响应。同时，我们还指出了利用PDOs进行临床药效预测时所面临的几个主要挑战。引言《Nature Methods》将类器官（Organoids）列为2017年度十大技术之一。PDOs已成为一种极具吸引力的研究模型，适用于各种癌症类型，包括结肠癌、胃癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌、神经内分泌肿瘤、胶质母细胞瘤、肺癌和儿童肾癌等。这些PDOs可用于转化研究、新药研发和个性化诊疗的预测。根据从器官芯片模型中获得的临床前疗效结果，美国食品药品监督管理局（FDA）首次于2022年7月批准Sutimlimab开展临床试验，无需体内支持数据；这是PDOs应用于药物研发的一个重要里程碑事件。根据中国国家癌症中心癌症中心最新报告，2022年中国新发癌症病例估计达到482万例（2020年为457万例）。值得注意的是，2022年中国大约有257万人死于癌症。随着癌症发病率和死亡率的不断攀升，开发精准的肿瘤检测和治疗临床前模型势在必行。本文主要关注实体瘤来源的PDOs。到目前为止，培养血液恶性肿瘤类器官的技术仍不成熟，仅有少数文献报道。本文概述了PDOs在肿瘤精准医疗和药物研发领域的8点共识。 01 肿瘤类器官在癌症研究和个性化医疗中的应用越来越广泛。它们是具有三维（3D）结构的体外培养模型，由具有干细胞特征的细胞自我分化而成。肿瘤类器官通常可以长期扩增，再现原始肿瘤组织复杂的细胞异质性和空间结构。它们还能模拟起源组织的功能和生物学行为，同时保留病理组织学特征和一些遗传特征（包括驱动基因的突变与扩增）。PDOs是器官或组织的“微型简化版本”，可以在实验室环境中生长，是肿瘤研究和药物发现的重要平台级模型。主要相关原因如下（图1）： 1) 构建再现原发肿瘤的体外精确模型。PDOs是通过采集不同来源的肿瘤样本培养而成，包括原发性肿瘤、循环肿瘤细胞和转移病灶等。在机械和/或酶消化的作用下对组织进行预处理，肿瘤细胞最终在基质中生长成为三维肿瘤PDOs。这些PDOs内有多种异质细胞，每种细胞在复杂的癌症发生和发展过程中都扮演着独特的角色。 2) 使用肿瘤样本构建活体PDOs生物样本库。PDOs可长期扩增、冷冻保藏和复苏。在PDOs活跃增殖阶段对其进行冷冻保藏可提高其复苏效率。PDOs被置于含有冷冻溶液的冷冻管中，在冰上放置30分钟，然后在-80°C下逐渐冷冻保存过夜，接下来转移到液氮中长期储存。对于PDOs复苏，可以于37°C下快速将其解冻，再将其置于培养皿中进行进一步操作。冷冻/解冻单细胞悬液或大型且分化的类器官时如果操作不当，可能会导致复苏不良、形态变化或对药物筛选结果产生潜在影响。因此，应遵循与细胞系类似的冷冻/解冻原则，且PDOs应在复苏后的1-2周内恢复其扩增能力。 3) 体外肿瘤建模允许对营养物质可用性、氧气供应和药物处理等变量进行操作，以研究它们对肿瘤细胞行为的影响。这些PDOs模型复制了体内肿瘤的结构和微环境，为研究肿瘤生长、侵袭和治疗响应等提供了一个标准化的现实平台。 4) 预测各种肿瘤类型患者的临床响应，包括结直肠癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、尿路上皮癌、胃肠道肿瘤和胰腺癌等。PDOs可进行前瞻性治疗评估，从而推进肿瘤精准医疗。研究人员通过培养PDOs来筛选潜在最有效的治疗方案。这种个性化方法通过优化治疗方案和减少不必要的副作用，为改善患者预后提供了可能。 5) 开发基因修饰的肿瘤PDOs模型，并确定肿瘤基因突变的发展机制。通过对肿瘤驱动基因进行CRISPR/Cas9基因编辑，PDOs可用于肿瘤生物学研究、耐药机制探索和癌症治疗新方法的开发。图1. 类器官模型的应用。PDOs再现了来源组织的生物特征和功能，提供了一个真实、有效的技术平台，在构建疾病模型、建设生物样本活库、基因治疗、药物发现和精准医疗等多个研究领域都有潜在的应用前景。 02 PDOs在药物研发中的作用在临床前研究中，PDOs是深入了解疾病（包括癌症和各种器官特异性疾病）与探索新治疗方案的有效替代选择（图2）。通过再现来源组织的复杂细胞组成和功能，PDOs为研究疾病机制、阐明分子通路和探索治疗干预措施等提供了一个卓越的平台。随着不同组织来源的PDOs被培养出来，它们可用于多组学和基因编辑研究，在临床前药物研发，尤其是靶点发现方面发挥着越来越关键的作用（图2）。 PDOs在药物研发中的作用： 1) 新型药理靶点的鉴定和验证。肿瘤细胞系是发现新治疗靶点的经典体外模型。然而，二维的细胞系无法模拟体内肿瘤的基本三维细胞组成和异质性，导致新药研发成功率低于1%。而类器官保留了原始组织中存在的特异性基因组改变、分子特征与异质性，使其对研究疾病进展和确定潜在的治疗靶点具有宝贵价值。多组学研究，包括基因组学、蛋白质组学和代谢组学等，进一步提高了应用PDOs发现新型治疗靶点的可靠性。PDOs可以使用CRISPR/Cas9、RNAi或基因过表达等技术进行处理，以验证治疗靶点。此外，涉及PDOs和间充质/免疫细胞的共培养系统为研究除肿瘤细胞以外的治疗靶点提供了巨大的机遇。正常组织来源的类器官在新型药理学发现中也发挥着重要作用。例如，人类诱导性多能干细胞衍生的运动神经元（hiPSC-MN）为运动神经元疾病（如脊髓性肌萎缩症和脊髓/延髓性肌萎缩症）的神经生物学机制提供了新的研究视角。这些hiPSC来源的三维类器官有助于疾病发病机制的探索以及治疗方法的发现和验证（Johns AE, Maragakis NJ. Stem Cells. 2022）。此外，在肺上皮修复研究中，暴露于香烟烟雾提取物的PDOs表现出肺上皮祖细胞受损，且可在前列腺素E2和前列环素处理后恢复（Wu X, et al. Sci Adv. 2022）。在肿瘤药物发现过程中，正常PDOs通常可用于进行疗法副作用的监测。 2) 药物筛选。肿瘤PDOs保留了患者的潜在治疗靶点，并保留了恶性肿瘤的遗传和表型变异性。它们可用于评价特定药物或药物组合的疗效。共培养系统还可纳入非肿瘤细胞类型，如基质细胞和免疫细胞等，从而对其它的治疗手段进行评价。 3) 伴随诊断生物标志物。可以通过预测靶向药物的治疗效果，比较治疗响应者和非响应者之间多组学特征的变化来识别生物标志物。PDOs是鉴别潜在诊断生物标志物的重要平台，随后可通过分析临床样本对其进行验证。例如，细胞外囊泡蛋白和PTP4A已分别被确定为胰腺导管腺癌和黏液表皮样癌的诊断生物标志物（Huang L, et al. JCI Insight. 2020；Wang B, Gan J, Liu Z, et al. J Exp Clin Cancer Res. 2022）。 4) 扩展药物适应症。除了正在开发的药物外，还可以利用全面、多样的肿瘤PDOs生物样本活库来测试仍在临床试验中的药物，以扩展其治疗适应症。结合高通量药物筛选的肿瘤PDOs生物样本活库可以揭示对超适应症药物的敏感性。例如，人类胃癌PDOs生物样本库就显示出对Napabucasin、Abemaciclib与VE-822的敏感性（Yan HHN, et al. Cell Stem Cell. 2018）。 5) 检测药物的作用机制（MOA）与耐药机制（MOR）。作为比细胞系具有更高治疗相关性的体外模型，肿瘤PDOs可以成为分析治疗药物MOA和MOR的有价值工具。药物耐药性在癌症治疗中是不可避免的，PDOs可以用来全面、高效地研究耐药机制。原发性耐药肿瘤PDOs、敏感肿瘤PDOs及驯化的耐药肿瘤PDOs都是研究MOR的高质量资源。例如，有研究在胰腺导管腺癌中进行了基于多组PDOs的药物响应分析，利用曲线下面积（AUC）来识别与MOA相关的药物敏感性预测因子（Armstrong A, et al. Biomedicines. 2021）。对七种上皮性卵巢癌PDOs的研究准确反映了患者对铂类化疗的临床响应（Tao M, et al. Pharmacol Res. 2022）。同样，从结直肠癌腹膜转移灶中获取的PDOs预测了对细胞减灭术后热灌注腹腔化疗的临床响应（Ubink I, et al. Br J Surg. 2019）。此外，卵巢癌PDOs证明其适用于个性化用药背景下的耐药性检测与筛查（Nanki Y, et al. Sci Rep. 2020）。胰腺癌PDOs的分子和治疗图谱显示了预测耐药性的准确性，进一步推动了个性化医疗的发展（Tiriac H, et al. Cancer Discov. 2018）。 6) 体内药代动力学和药效学研究。PDOs模型已被用于药代动力学/药效学（PK/PD）测试，以评估药物的疗效和安全性。它还与高通量技术相结合，用于高效的化合物筛选。例如，Han等人利用人源化多能干细胞（hPSCs）构建了肺和结肠PDOs模型，并对FDA批准的药物进行了高通量筛选。结果发现，三种小分子药物是SARS-CoV-2进入细胞的强效抑制剂，表明它们有可能成为COVID-19治疗的候选药物（Han Y, et al. Nature. 2021）。患者来源肿瘤异种移植物类器官模型（PDXO）可由患者来源肿瘤异种移植物（PDX）和PDO异种移植物模型（PDOX）获得，这些模型对于评价先导化合物和其它临床候选药物的疗效非常重要。通过这些模型，可以验证候选化合物是否有最具前景的药理结果，有助于分析其药代动力学、最佳剂量和给药方案。与PDX相比，PDOs培养的成功率更高，显著增加了为相同的原始肿瘤材料构建体外和体内配对模型的可能性。 7) 基于类器官的放疗响应预测。类器官模型为了解肿瘤对放疗的敏感性提供了新的视角。例如，Martin等人研究了结直肠和肠道PDOs对辐射的响应（Martin ML, Adileh M, et al. Cancer Res. 2020）。研究人员评估了SIRT1抑制剂对体外辐射后PDOs存活率和大小变化的缓解作用（Fu G, et al. Cancer Lett. 2021）。这些利用功能性PDOs模型进行的研究可为应对放疗引起损伤的医疗策略提供参考信息。PDOs在临床前研究中的作用是变革性的（图2）。这些工程化的3D模型忠实地模拟了患者组织的特征，从而可以作为研究疾病机制、检测新疗法疗效和推进个性化医疗方法的有力替代选择。PDOs是医学研究中前景广阔的前沿领域，为探索更好的治疗方法、改善患者预后以及最终实现抗击疾病的美好未来带来了希望。专家共识1：PDOs在临床前研究中具有广泛的应用前景，可用于发现和验证新型治疗靶点、药效学评估、伴随诊断标志物的检测、药理学适应症的扩展、药物作用和耐药机制的探索以及模拟体内药代动力学的分析等。图2. 用于精准医疗的肿瘤PDOs模型（左）和药物发现的机遇（右）。肿瘤PDOs模拟来源组织的生物学特征，提供匹配的个性化治疗策略。目前报道的肿瘤PDOs模型包括但不限于食管癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、肾癌、结直肠癌和肝癌等（左图）。同时，肿瘤PDOs是药物开发的有效临床前模型，可用于发现新的药物靶点、测试药物剂量、探索伴随诊断生物标志物、对现有药物进行再利用，以及构建PDOX模型等（右图）。 03 用于临床前研究的肿瘤PDOs模型肿瘤PDOs模型在复制肿瘤微环境方面有很大潜力。解析肿瘤细胞间相互作用、以及肿瘤细胞与周围的细胞外基质（ECM）相互作用，有助于研究影响肿瘤行为、免疫反应和耐药性的关键表型与机制。这种生理相关性提供了对肿瘤生物学的更全面理解，使探索新的治疗靶点和治疗方法成为可能。肿瘤PDOs可以填补许多疾病缺乏临床前模型的空白（图2）：肿瘤PDOs模型： 1）来自罕见癌症类型的肿瘤PDOs。许多发病率极低的恶性肿瘤，如胶质瘤、骨肿瘤、肉瘤、儿童肿瘤等，都缺乏可靠的临床前研究模型。肿瘤PDOs是填补这一关键研究空白的突破性解决方案。 2）可保留肿瘤细胞系中缺失的新治疗靶点的肿瘤PDOs。现有的肿瘤细胞系不足以概括肿瘤复杂的空间结构和微环境，在研究新的治疗靶点上存在一定的不足。PDOs可以通过识别这些靶点来促进药物开发。例如，Driehuis等人报道，来自头颈部肿瘤患者的PDOs能够重现EGFR表达水平，验证了其优于细胞系的相关性（Driehuis E, et al. J Clin Med. 2019）。神经内分泌肿瘤（NEN）临床前模型的缺乏带来了挑战。Dayton等人构建了来自NEN患者的PDOs，在体外保留了基因表达模式、肿瘤异质性和进化过程（Dayton TL, et al. Cancer Cell. 2023）。此外，血管化PDOs为检测针对VEGF/VEGFR的抗血管生成药物提供了一个广受赞誉的技术平台。免疫疗法方面，肿瘤PDOs与免疫细胞的共培养保留了对于免疫相关疗法（如免疫检查点抑制剂PD-1/PD-L1、免疫细胞疗法（TILs, CAR-T）、模式识别受体（PRRs）等）至关重要的肿瘤相关抗原。 3）具有耐药性的肿瘤PDOs。抗肿瘤治疗药物最终往往会产生耐药性，导致治疗失败。耐药性肿瘤PDOs可促进对MOR的研究。正常类器官在针对肿瘤和非肿瘤疾病的药物开发中都至关重要。它们在预测不良反应、研究药物代谢和毒理学评价方面贡献巨大。例如，模拟正常肝细胞组成和功能的肝脏PDOs为体内生化过程提供了一个生理相关的环境，使它们在药物验证和毒性评价方面具有重要价值（Yang S, et al. Cell Rep Methods. 2023；Shinozawa T, et al. Gastroenterology. 2021；Brooks A, et al. Pharmacol Res. 2021）。专家共识2：药物的临床前研究很大程度上取决于高效的仿真模型。PDOs非常适合研究罕见恶性肿瘤、尚无现有模型的肿瘤以及耐药性肿瘤。 04 肿瘤治疗临床实践中的PDOs 靶向治疗和免疫治疗的临床疗效往往不尽如人意。用于鉴定基因改变的二代测序技术在指导患者接受大多数治疗方面价值有限。基于每位患者独特药效动力学表型的精准医疗仍未得到精确定义。在临床试验中，包括转移性胃肠肿瘤和结直肠癌等在内的许多肿瘤PDOs表现出的药物敏感性与患者临床响应相似（表1）。通过使PDOs接受不同的药物治疗方案处理，研究人员可以在启动临床试验前预测患者响应和潜在的副作用。这种使用PDOs进行的临床前筛选优化了药物开发过程，增加了在后续临床阶段取得成功的可能性，同时最大限度地降低了与传统方法相关的风险和成本。表1. 在临床试验中应用PDOs-DST获益的结果 PDOs促进了精准医疗在临床试验中的探索。通过构建针对特定患者的类器官模型，研究人员可以评估这些类器官对不同治疗方案的响应，从而确定针对不同患者的最有效治疗方案。在临床试验中应用PDOs模型必须经过专业规划和实施。截至2023年9月3日，在ClinicalTrial.Gov上已注册了159个与癌症研究相关的PDOs项目，包括肺癌、乳腺癌、胰腺癌、头颈癌、肝癌、卵巢癌、肾癌、前列腺癌等（表1）。这些临床试验的第一种类型是基于PDOs-DST的非干预性的回顾性分析或同期观察性（Co-clinical）研究（62/149）。第二种类型（82/149）是前瞻性干预性研究，为基于PDOs-DST的个性化治疗提供了更可靠的数据。关键应用场景： 1）新辅助治疗：对于局部晚期癌症患者，进行前瞻性和干预性临床研究，筛选肿瘤治疗选择方案并预测新辅助治疗的潜在受益者。 2）挽救治疗：对于复发风险高或已经历复发的患者，进行前瞻性和干预性临床研究，旨在识别潜在的治疗受益者。 3）姑息治疗：对无手术指征的恶性肿瘤复发、转移以及一线或二线治疗失败的患者进行前瞻性和干预性临床研究，以评估精准治疗的潜在受益者。专家共识3：临床试验表明，基于PDOs-DST的结果与患者的实际临床结果密切相关。将PDOs-DST纳入临床研究可能成为临床治疗响应的预测手段。图3. PDOs模型用于DST的流程。可归纳为三个步骤：1) 样本采集：包括原发/转移性肿瘤、活检、液体样本以及患者来源的异种移植（PDX）样本等；2) 药物检测：包括样本运输、PDOs培养、药物筛选和数据分析；3) 临床治疗：为患者提供化疗、放疗、靶向治疗、免疫治疗和联合治疗等治疗方案建议。 05 临床实验室自建项目（LDT）探索PDOs-DST的时机到了吗？ LDT模式是一类尚未获得产品注册并在实验室中开发、验证和应用的体外诊断项目。加速LDT项目的开发以支持精准医疗的发展是一个大趋势。在执业医师的监督下，通过认证的医疗机构可以生产符合其单位临床需求的体外诊断试剂。在LDT中探索使用PDOs-DST是一个正在进行研究和开发的前沿领域。PDOs-DST包括利用PDOs针对各种药物或治疗方案进行检测，以评价其响应和敏感性。用于DST的PDOs模型已在体外对多种实体瘤类型进行了测试，包括乳腺癌、膀胱癌、胃癌和直肠癌等。这些模型证实了实验室数据与临床结果之间的一致性，为研究肿瘤敏感性和耐药性机制提供了一种实用的方法。尽管需要进一步的研究来确定PDOs-DST是否确实改善了患者的无病生存和总生存情况，但为了患者的利益，鼓励将业界提供的PDOs-DST平台纳入医院的LDT计划。通过将PDOs-DST纳入临床LDT，医疗健康服务提供者可以根据患者肿瘤的独特特征定制治疗决策，从而最终改善治疗效果（图3）。在将PDOs-DST纳入临床LDT时，以下几点值得考虑。在将PDOs-DST纳入临床LDT时，以下几点值得考虑： 1) 在临床LDT中实施PDOs-DST需要严格的验证、标准化和监管审批，以确保其准确性、可重复性和临床实用性。 2) 涉及到在各种监管框架中找到合适的空间与方向，并满足严格的标准，以确保患者的安全性和检测结果的可靠性。 3) 必须指出的是，LDT领域在不断发展，在临床LDT中探索PDOs-DST的决策将取决于多种因素，包括科学证据、监管方面的考虑以及医疗界的需求和优先事项等。 4) 对于PDOs-DST及其纳入临床LDT的最新状态和潜在未来发展的最准确与最新的信息，建议调研科学文献、咨询监管机构以及该领域的专业医疗专家。在PDOs-DST临床探索取得进展的推动下，从实验室开发向商业化的过渡迫在眉睫： 1) 实验室开发：LDT是在个体实验室内开发和实施的、以解决现有测试未满足的特定需求为目标的项目。截至2023年5月，美国医疗保险与医疗补助服务中心（Centers for Medicare & Medicaid Services）报告称，美国有超过277251家CLIA注册实验室，其中只有不到6%的大型综合实验室有能力开展LDT。 2) 监管和质量控制：对LDT质量和一致性的担忧，使得美国FDA等监管机构考虑加强监管。2023年10月，FDA提议终止对LDT的执法自由裁量权，旨在实施更严格的监管。 3) 向商业化的过渡：从LDT向商业化检测的转变包括： A. 验证与确认：这些过程在商业化之前进行，确保在不同人群中和不同条件下检测的准确性与可重复性。 B. 监管批准：商业化检测需要经过监管部门的严格审查，包括评估分析表现和临床表现，以及是否符合安全性与有效性标准。 C. 扩大生产规模：经监管部门批准后，制造商扩大生产规模，优化流程和质量控制，以满足市场需求。 D. 分销和营销：商业化检测通过各种渠道分销，并制定有针对性的营销策略，以提高其效益并扩大市场覆盖范围。专家共识4：PDOs-DST在一定程度上已进入临床服务；鼓励通过认证的机构完善其LDT方案。 06 哪些患者将从PDOs-DST中获益？在癌症治疗的临床实践中，分子标志物的鉴定和合理应用至关重要。然而，只有7%-11%不等的患者可以通过基因二代测序从精准医疗中获益。Vlachogiannis等人于2018年报道，PDOs-DST在晚期胃肠肿瘤中的阴性预测值和阳性预测值分别达到100%与88%，为PDO的临床应用铺平了道路（Vlachogiannis G, et al. Science. 2018）。 PDOs-DST可为患者对特定药物或治疗方案的响应提供有价值的预测信息，从而指导治疗决策，改善患者预后。据报道，胰腺癌PDOs-DST可以预测吉西他滨的疗效和有效程度（Seppälä TT, et al. Clin Cancer Res. 2022）。Yao等人构建了18个直肠癌PDOs进行DST，准确度、敏感度和特异度分别达到84.43%、78.01%与91.97%（Yao Y, et al. Cell Stem Cell. 2020）。Wang等人评价了结直肠癌PDOs对治疗药物处理的响应，DST结果显示敏感度为63.33%，特异性为94.12%，准确度为79.69%，阳性预测率为90.48%（Wang T, et al. Dis Colon Rectum. 2021）。以下是PDOs-DST可能取得获益的一些临床场景：临床场景： 1）实体瘤患者。目前的PDOs培养技术主要针对上皮细胞，适用于大多数起源于上皮的实体瘤（如结直肠癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌和胰腺癌等）。而与实体瘤不同，血液肿瘤起源于骨髓，影响白细胞的生长，肿瘤细胞存在于快速流动的血液中，分散到全身。 2）接受新辅助化疗的患者。新辅助化疗是指在局部治疗（如手术或放疗）前给予的全身化疗。可以缩小肿瘤体积、最大限度地消除微转移灶、降低疾病等级，从而便于后续治疗。在进行新辅助化疗之前，通过穿刺获得的活检样本会进行PDOs培养和DST检测，辅助选择“最有效”的治疗方案。 3) 考虑靶向治疗的患者。PDOs-DST可以帮助预测具有特定基因突变或基因改变的患者对靶向治疗的响应。这些信息可以指导治疗决策，避免不必要地接触无效药物。 4）罕见或难治的肿瘤患者。PDOs-DST可以帮助识别潜在的靶向治疗或新型药物组合，这些治疗方案或组合方案可能对罕见或难治的癌症类型更有效。这些类型的癌症可能治疗方案有限，或者对标准疗法的响应率不理想。 5）初治治疗失败的患者。如果一线治疗无效，患者可能从原发或复发肿瘤活检组织培养出的PDOs-DST中获益，具体取决于使用的各种治疗药物组合。这些评估可以帮助改善接受二线治疗或非传统治疗的患者的预后。 6）复发或转移性疾病患者。PDOs-DST对于复发或转移性疾病患者可能很有用处，因为在这些情况下，治疗决策变得更加复杂。通过检测来自转移部位的PDOs的药物敏感性，临床医生可以深入了解最佳治疗方案，并有可能找出针对特定转移病灶的有效疗法。 7）对放疗有抵抗的患者。放疗是鼻咽癌、宫颈癌和皮肤癌的初始治疗选择。当出现放疗抵抗时，PDOs模型为患者提供了一种潜在的延长生命的药物治疗选择。通过预测原发性肿瘤的敏感性，PDOs模型还能提高接受选择性术前放疗患者的放疗成功率。 8）晚期癌症患者。晚期或转移性患者没有手术指征，化疗和细胞疗法作为此时的标准治疗选择。在治疗前进行活检与PDOs-DST，可以允许选择靶向疗法。如果治疗后出现耐药性，可对耐药后的PDOs进行DST检测。 9）治疗方案有限的患者。由于先前治疗失败、耐药性或特定肿瘤特征等因素而导致治疗选择有限的患者，PDOs-DST极具价值。通过评价PDOs的药物敏感性，临床医生可以确定替代治疗策略，并可能将现有的药物重新用于个性化治疗方法。 PDOs-DST的临床实用性和适用性仍在研究和完善中。对特定患者使用PDOs-DST的决策取决于多种因素，包括疾病类型、治疗史、检测资源和临床判断等。专家共识5：PDOs-DST与二代测序都属于精准医疗领域的技术。不过，PDOs-DST的应用场景向前推进了一步，如新辅助化疗和/或姑息化疗、一线治疗无效、晚期与罕见癌症、转移性肿瘤等，可贯穿癌症治疗的全过程。 07 哪些类型的样本可用于PDOs培养？ PDOs可根据具体的研究或临床目标使用不同类型的样本培养构建。不同样本类型对PDOs培养的适用性可能因相关器官、可及性和组织完整性的保存等因素而异。采集高质量样本对于PDOs的成功构建至关重要。在避免使用坏死、受损或纤维化组织的同时，采集更多的肿瘤细胞，成功率会更高。各种来源组织的取样要求如下：取样要求： 1) 手术切除的新鲜样本。手术后应立即采集包括原发肿瘤和转移瘤在内的样本进行PDOs构建（应保存2-3个花生颗粒大小的碎片，建议大于50 mg）。这类样本的PDOs培养成功率最高，药物敏感性检测结果最可靠。这对于研究器官特异性疾病或探索特定组织对药物或治疗的响应尤为重要。 2) 经皮或内镜活检的样本。通过微创手术获得的肿瘤活检组织常用于PDOs培养，可使用原发灶和转移灶肿瘤的1-2条穿刺样本，或在胃肠道内镜下夹取1-2个组织块。这些样本的挑战在于确定穿刺组织是否足够进行PDOs构建和DST，这对于评价药物的整体疗效至关重要。穿刺样本的长度应达到1 cm，并准备2-3条。对于内镜活检，通常在内镜引导下夹取1-2个组织块进行进一步评估。 3) 液体活检来源的样本。血液（> 5 ml）、尿液（> 5 ml）、胸水（> 2 ml）、腹水（> 2 ml）、心包积液和其它液体活检对于临床诊断和转化研究至关重要。这些液体标本已被有效地应用于PDOs模型构建。基于体液的PDOs模型可深入探索癌细胞在全身系统环境中的行为，有助于监测疾病进展或对治疗的响应（表2）。表2. 常规PDOs与基于液体样本的PDOs的区别 4）冷冻保存的样本。也可以使用在-80°C或液氮条件下通过组织保存液保存的切碎冷冻活组织，或者已预消化并保存在-80°C的单细胞悬液。但是，使用冷冻活组织构建PDOs的成功率较低，而且需要较长的扩增期。 5）患者来源的PDX样本。PDX模型是将患者的肿瘤组织直接移植到免疫缺陷小鼠中。这些肿瘤异种移植样本可用于培养产生PDOs，从而在实验室环境中扩展患者特异性的肿瘤特征。专家共识6：对于PDOs-DST，可以将通过穿刺或内镜获取的外科活检样本作为癌症组织进行培养。PDOs培养的成功取决于起始组织样本中细胞的活性和质量，以及用于培养PDOs的具体操作步骤与培养条件。研究人员和临床医生在选择最适合其研究或临床应用的样本类型时，需要考虑这些因素。 08 PDOs-DST可以利用到哪些患者治疗方法中？ 1 化疗化疗是目前治疗实体瘤的主要方法，也是PDOs-DST的主要应用方向，包括单药和药物联合治疗。PDOs-DST与患者临床响应之间的相关性已经得到了广泛的报道。 2 放疗与化疗相似，包括单独放疗和与其它药物联用的组合治疗。 3 靶向治疗靶向治疗在大多数实体瘤治疗中都尚未得到充分利用，但肺部和乳腺恶性肿瘤除外，这两种肿瘤的靶向治疗相对成熟。对于临床诊断和治疗建议，PDOs-DST、组织学标记与大规模、高通量基因突变筛查可能会成为常规手段。 4 免疫疗法免疫疗法在肿瘤治疗中大有可为。然而，利用PDOs-DST预测其临床疗效还需要更多的研究： A. 如何在体外维持免疫微环境。PDOs既可以与样本中的免疫细胞和先天性免疫微环境要素共同培养，也可以利用气-液界面（ALI）等培养系统构建肿瘤微环境（TME）模型，以模拟一个更接近真实的肿瘤微环境。 B. 如何与免疫细胞共培养。与免疫细胞共培养的PDOs，可以在免疫细胞的刺激下体外培养，从而创造一个更接近体内生长的环境。目前有两种免疫细胞与PDOs共培养的方法：维持和扩增类器官中的原有免疫细胞，以及在PDOs培养过程中引入免疫细胞。 C. 如何评价免疫检查点抑制剂的疗效，并将它们与化疗药物在PDOs系统中结合起来。PDOs可以预测肿瘤对免疫检查点抑制剂（ICIs，包括CTLA-4和PD-1/PD-L1抗体）的响应。PDOs可能有助于预测和评价使用PD-1/PD-L1抑制剂的肿瘤患者响应，从而指导临床转化。 D. 如何评价体外试验中如CAR-T和TILs等细胞疗法的疗效。肿瘤PDOs集成了内源性抗原表达，能更准确地评价CAR-T细胞的靶点反应性、反应阈值和特异性，可用于早期评估肿瘤细胞特异性，并作为优化CAR-T疗法的体外检测平台。作为模拟体内微环境的三维细胞培养模型，肿瘤PDOs能形成类似器官的空间结构，并分化出相应的功能，显示出高度的组织一致性和临床相关性。它们可以作为“患者替身”来预测和评价TILs的疗效，而且可以快速高效地实施，从而实现个体化精准治疗。 5 优化联合疗法 PDOs-DST可以帮助优化联合疗法。通过检测PDOs对各种药物组合的响应，临床医生可以确认增强治疗效果的协同或叠加效应。这些信息有助于设计个性化的联合疗法策略，有可能提高响应率并克服药物耐药性。特别是，PDOs-DST可用于优化现有的免疫与联合疗法，以及评价新型的联合手段。在临床上，免疫疗法正在越来越多地与化疗、放疗和靶向疗法相结合。目前已经有各种多中心、前瞻性和大规模的联合疗法临床研究，这些临床试验的结果将通过PDOs模型进行验证。专家共识7：PDOs-DST可用于预测个体患者的化疗、放疗、靶向治疗与免疫疗法的疗效。 09 对于PDOs-DST的临床应用，必须解决哪些缺陷或重大挑战？ PDOs-DST的临床应用面临着一些挑战和限制，须加以解决，才能得到更广泛的应用。需要关注的一些重大挑战领域包括（图4）： 1 样本的可用性和处理获得足够高质量的组织样本进行PDOs培养可能具有挑战性，尤其是对于某些罕见肿瘤类型或转移性病灶。获得新鲜、有活力的组织样本是成功构建PDOs的关键。需要优化样本采集与处理方法，制定样本保存策略，并探索如微创操作或液体活检等替代性来源。 2 标准化 PDOs培养操作和DST方法需要标准化，以确保不同实验室之间的结果一致性和可重复性。标准化工作应关注样本处理、培养条件、质量控制措施和结果解释等因素。这对于确保不同机构之间的结果可靠性、可比性以及制定临床实施的指南至关重要。 3 周期与可扩展性理想情况下，PDOs-DST应在临床相关的合理时间窗口内快速提供结果以指导治疗决策。因此，需要优化工作流程并缩短PDOs培养与药物敏感性检测的周期。此外，应解决PDOs培养和检测的可扩展性问题，以适应更大的患者群体，并促进广泛的临床实施。对于接受手术后化疗的患者，1-3周内进行药物敏感性检测是可以接受的；而接受新辅助化疗的或晚期的肿瘤患者则需要在可行的情况下尽快进行检测，可能需要在2周内完成。然而，肿瘤具有异质性，不同肿瘤或同一肿瘤的不同部位的进展速度各不相同；对于生长速度缓慢的肿瘤，PDOs-DST过程需要更长的时间。由于PDOs培养和DST的周期，与患者疾病的进展速度存在冲突，因此与临床医生讨论如何在各种临床决策情况下选择合格的肿瘤样本至关重要。 4 肿瘤PDOs培养的成功率 PDOs培养受到肿瘤细胞组成、肿瘤异质性、细胞活性等因素的影响。要提高培养成功率，就必须制定合格、成熟的操作方案与流程。 5 TME的重建 TME重建具有挑战性，因为TME中可能包含“正常”细胞。当前的PDOs模型往往缺乏体内的一些组分，如免疫细胞、内皮细胞和成纤维细胞等。构建包含血管和免疫细胞的PDOs是一项挑战，但这一障碍将很快就能得到解决。在解释PDOs-DST结果时，应评估非肿瘤细胞成分对药物检测结果的影响。 6 培养条件对于药物的影响 PDOs培养基中存在影响细胞信号通路（如ALK通路）的变量，可能会影响针对该系统的药物检测的自然结果。对于某些癌症类型，需要使用合适的培养基。 7 肿瘤PDOs-DST的药物浓度由于给药后的药代动力学，患者体内的药物浓度与体外作用于肿瘤细胞的药物浓度不同。过高的药物浓度会导致细胞死亡，而这种细胞杀伤作用并非由药物的抑制作用引起。使用基于PDOs的DST进行实际临床应用时，应注意以下两个因素。首先，连续传代的PDOs已经脱离了周围TME的支持和保护，此时PDOs中的每个细胞基本上都是肿瘤细胞。确定药物浓度有两种主要方法：第一种也是最常用的一种方法是根据剂量-反应曲线计算IC50；第二种方法是参考特定药物在临床试验或药物标签上报告的Cmax值。在使用浓度梯度检测药物对类器官的药效时，可以利用多种方法检测细胞的总活性，包括活-死染色法（钙黄绿素-PI染色法）、PDOs大小/面积定量法、MTT、MKI67、Brud和CellTiter-ATP检测法等。要获得最佳用药浓度，还必须考虑正常PDOs的情况。如果在特定用药剂量下对正常PDOs也有很强的抑制作用，就不能准确反映对患者的效果。需要进一步考虑对有关技术人员、配药天平和移液器的要求。因为由于人为或仪器误差，PDOs中的实际药物浓度可能会与标准不同，批次间的差异也会影响PDOs对药物敏感性的稳定性。 8 PDOs是否能够可靠地用作药物敏感性的衡量标准由于培养基中含有各种添加剂，PDOs在培养过程中可能会受到正常细胞的污染。因此，在开展药物敏感性检测之前，需要对PDOs进行质量控制。例如，在进行DST之前，部分样本要进行NGS测序，以确定PDOs是否仍含有与药物响应有关的重要基因突变。如果与原始组织有显著偏差，应谨慎评估该PDOs株的药物敏感性结果。由于肿瘤的异质性，一些肿瘤PDOs生长不良，可能在加入药物后解体，导致假阳性结果。一些肿瘤类器官发展出耐药性并生长过快，导致假阴性结果。针对这种现象，可考虑重复接种。如果在添加药物之前，同一样本不同培养孔中类器官的生长不一致，这可能会影响药物敏感性结果的解释。为了减少人工操作造成的差异，可以使用自动采样设备或多点采样。 9 验证与临床结果的相关性需要进行广泛的临床回顾性验证，以确定类器官PDOs-DST的临床相关性和预测准确性。必须将PDOs-DST结果与临床结果相关联，以证明其在指导治疗决策和改善患者预后方面的效用。需要进行纵向研究，并涉及更大规模的患者队列和多种癌症类型，以评估PDOs-DST的临床价值和性能。 10 监管方面的考量需要明确将PDOs-DST纳入临床实践的监管环境。监管机构必须制定与PDOs-DST相关的验证、质量控制和伦理考量指南。明确的法规将确保在临床环境中使用PDOs-DST的安全性、可靠性与伦理道德。 11 成本效益和报销在临床实践中实施PDOs-DST需要考虑成本问题。要使PDOs-DST在经济上可行，就必须制定具有成本效益的方案、实现工作流程自动化并优化资源。此外，还需要制定报销政策（如医保参与），以支持PDOs-DST的临床应用，并确保患者能够获得这项前景广阔的技术。专家共识8：解决这些上述挑战，需要研究人员、临床医生、监管机构和医疗保障利益相关者的通力合作，共同推进PDOs-DST领域的发展，使其能够广泛应用于临床。在开展PDOs-DST时，应始终考虑及时性。在1-3周内完成报告是可能的，必须通过技术开发逐步缩短PDOs-DST所需的周期。持续的探索、验证研究、技术进步和建立共识，对克服这些局限性并展示PDOs-DST在精准医疗中的全部潜力至关重要。图4. PDOs-DST模型的挑战和改进方向。目前，PDOs的临床转化发展面临某些挑战，需要研究人员不断努力改进和克服。它们至少包括下列几点：1）样本采集和处理；2）标准化操作流程；3）PDOs构建和DST周期；4）肿瘤PDOs构建成功率；5）肿瘤微环境的模拟；6）培养基的优化；7）药物浓度的确定；8）肿瘤PDOs的优化；9）临床方案的确定；10）监管标准；11）时间和财务成本的考虑。参考文献 Xiang D, He A, Zhou R, Wang Y, Xiao X, Gong T, Kang W, Lin X, Wang X, PDO-based DST Consortium, Liu L, Chen YG, Gao S, Liu Y. Building consensus on the application of organoid-based drug sensitivity testing in cancer precision medicine and drug development. Theranostics 2024; 14(8): 3300-3316. doi: 10.7150/thno.96027. 原文链接 https://www.thno.org/v14p3300.htm 本共识制定专家组成员执笔专家：向冬喜（肿瘤系统医学全国重点实验室、上海市肿瘤研究所、上海交通大学医学院附属仁济医院），何爱娜（上海市第六人民医院），周榕（上海交通大学医学院附属第九人民医院），王永刚（上海市第六人民医院），肖秀英（上海交通大学医学院附属仁济医院），宫婷（天津医科大学总医院），康文岩（上海交通大学医学院附属瑞金医院），林晓琳（上海交通大学医学院附属仁济医院），王晓晨（浙江大学医学院附属第二医院），刘连新（中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）），陈晔光（清华大学、南昌大学基础医学院），高绍荣（教育部“细胞干性与命运编辑”前沿科学中心、同济大学），刘颖斌（上海交通大学医学院附属仁济医院、肿瘤系统医学全国重点实验室、上海市肿瘤研究所）。专家委员会成员（按照姓氏笔画排序）： David T. Breault（美国哈佛大学医学院、美国波士顿儿童医院），Wei Duan（澳大利亚Deakin大学医学院），Nima Saeidi（美国哈佛大学医学院、美国麻省总医院），Junhan Zhao（美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院），上海健康生活促进会类器官与临床转化专业委员会、王立东（省部共建食管癌防治国家重点实验室、郑州大学附属第一医院），王亚龙（广州实验室），王许安（上海交通大学医学院附属仁济医院），王斌（陆军军医大学西南医院），王湛（海军军医大学第二附属医院（上海长征医院）），王嘉倍（中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）），牛耿明（上海万何圆生物科技有限公司），孔宪明（上海健康医学院），邓初夏（澳门大学），邢力刚（山东省肿瘤医院），庄艾（上海交通大学医学院附属第九人民医院），刘天舒（复旦大学附属中山医院），刘嘉烨（四川大学华西医院），刘泽兵（上海交通大学医学院附属仁济医院），刘增军（山东省肿瘤医院），孙晶（上海交通大学医学院附属瑞金医院），李璡（复旦大学附属肿瘤医院），李志辉（四川大学华西医院），杨庆诚（上海市第六人民医院），杨诚（海军军医大学第二附属医院（上海长征医院）），肖声平（上海万何圆生物科技有限公司），吴远波（湖北阳新县人民医院），何悦（上海交通大学医学院附属第九人民医院），张建明（上海交通大学），张剑（复旦大学附属肿瘤医院），张剑军（上海交通大学医学院附属同仁医院），陈红旗（上海市第六人民医院），陈茂荣（云南大学），周长春（山东省肿瘤医院），钟来平（复旦大学附属华山医院），贾斌（天津市肿瘤医院），夏树前（湖北阳新县人民医院），钱晓哲（上海交通大学医学院附属仁济医院），高钢龙（上海交通大学医学院附属仁济医院），曹杰（上海交通大学医学院附属仁济医院），龚帅（上海交通大学医学院附属仁济医院），崔越宏（复旦大学附属中山医院），康晓楠（上海交通大学医学院附属仁济医院），蒋斐（海军军医大学第一附属医院（上海长海医院）），谢莹（广西医科大学），魏桂英（上海万何圆生物科技有限公司）。利益冲突：本共识工作组所有成员均声明不存在利益冲突。 PDOs能够忠实地再现肿瘤组织的结构、细胞和分子复杂性，代表了生物学、医学和工程技术的前沿交叉，是人类智慧的证明，也是正在进行的抗击癌症的斗争中不可或缺的资产。本专家共识由陈晔光院士（清华大学、南昌大学基础医学院），高绍荣院士（教育部“细胞干性与命运编辑”前沿科学中心、同济大学）、刘连新教授（中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院））、刘颖斌教授和向冬喜教授（肿瘤系统医学全国重点实验室、上海市肿瘤研究所肿瘤研究所、上海交通大学医学院附属仁济医院）牵头制定，其中整理、归纳、统筹了业内多名专家的共同专业意见与经验，可作为类器官药敏检测应用于肿瘤临床精准医疗及临床前药物研发的重要规范性与指导性文件，将成为相关临床和临床前活动的指导依据，并为将来类器官临床应用指南的制定提供重要的理论支持。上海万何圆生物科技有限公司（Shanghai OneTar Biomedicine）始终坚持以客户为中心、以这最前沿的类器官技术为核心，致力于打造“类器官+”的精准医疗、新药研发及转化医学平台。作为一家具有社会责任感的企业，万何圆全程参与本专家共识的制定，并将依据共识精神，在PDOs-DST的应用场景探索中不断进取，致力于为肿瘤患者提供最优质的个性化精准医疗服务，全面推动类器官技术的产业转化与终端应用。让每一位患者第一时间用对药（One Target），是每一位万何圆人的最终目标（One Target）。专家共识英文全文及中文翻译版本 ▼长按识别下图二维码▼ 免费获取免责声明：本文信息来源于网络，本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 END 深度聚焦类器官应用与3D细胞培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769 戳“阅读原文”立即领取限量免费参会名额！